【手続補正書】
【提出日】平成18年7月27日(2006.7.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータを駆動するサーボ制御装置において、
制御系の振動を検出する振動検出手段と、前記制御系に対するトルク指令に模擬外乱トルクを加える加振手段とを備え、
予め前記模擬外乱トルクの大きさを調整してから、前記振動検出手段によって所定のレベルの振動を検出する迄、前記制御系の制御ゲインを上げつつ前記模擬外乱トルクを加える処理を繰り返し、前記振動検出手段が前記所定のレベルを超えた振動を検出した時点の制御ゲインを最大ゲインとすることを特徴とするサーボ制御装置。
【請求項２】
サーボモータを駆動するサーボ制御装置の最大ゲイン抽出方法であって、
制御系に対するトルク指令に加える模擬外乱トルクの大きさを調整し、
制御ゲインを上げつつ加振手段によりトルク指令に前記模擬外乱トルクを加えるとともに、振動検出手段によって前記制御系の振動検出を行い、
前記振動検出手段によって所定のレベルの振動を検出する迄、前記制御系の制御ゲインを上げつつ前記模擬外乱トルクを加える処理を繰り返し、
前記振動検出手段が前記所定のレベルを超えた振動を検出した時点の制御ゲインを最大ゲインとすることを特徴とするサーボ制御装置の最大ゲイン抽出方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】サーボ制御装置およびサーボ制御装置の最大ゲイン抽出方法
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明はサーボモータを駆動するサーボ制御装置およびその最大ゲイン抽出方法に関し、特に加振手段により機械等を振動させ、その振動を検出することによりサーボ制御ゲインの最大値を設定するサーボ制御装置およびその最大ゲイン抽出方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
従来、特許文献１のようにまずゲインを上げて機械を発振させて、その後に機械等の特性を考慮してサーボ制御ゲインの最大値を求めるといった調整をしていた。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
従来の技術では、ゲインを上げた後、発振状態になってから発振を捕らえていたため発振検出まで時間がかかる問題があった。すなわち、停止中であれは制御ゲインを上げてもすぐには発振せず、また運転中でも図６（i）のように加減速の終了時点など特定の箇所で発振し始める。これは機械に存在する摩擦や負荷等が振動を抑えるように働くためであり、大きなきっかけがないと発振に至らない。そこで図６（ii）のように発振しやすいように速い速度、長い送り時間の指令を繰り返して発振が始まる迄の時間遅れを見越して指令の繰り返しに応じて制御ゲインを徐々に上げる必要があり、このため最大ゲインを検出する迄の時間が長くなるというものであった。最大ゲインを検出する迄の時間を短縮するために図７のように制御ゲインを急速に上げると、発振を検出した時点では、制御ゲインが上がり過ぎており、その後制御ゲインを下げても容易には発振が止まらないため、マシンが大きく振動したり大きな騒音が発生したりする問題があった。また、仮に速度ゲインを同定することができても、速度ゲインが大きいため、次の過程で速度ループの外側に位置ループを組むと制御系が振動する問題もあった。
そこで本発明は、制御ゲインを上げて振動させつつ、早めに振動を検出することで機械を大きく振動させず、騒音も発生させないサーボ制御装置およびその最大ゲイン抽出方法を提供することを目的とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
上記問題を解決するため、本発明のサーボ制御装置では、制御系の振動を検出する振動検出手段と、前記制御系に対するトルク指令に模擬外乱トルクを加える加振手段とを備え、予め前記模擬外乱トルクの大きさを調整してから、前記振動検出手段によって所定のレベルの振動を検出する迄、前記制御系の制御ゲインを上げつつ前記模擬外乱トルクを加える処理を繰り返し、前記振動検出手段が前記所定のレベルを超えた振動を検出した時点の制御ゲインを最大ゲインとすることを特徴とする。
また、本発明のサーボ制御装置の最大ゲイン抽出方法では、制御系に対するトルク指令に加える模擬外乱トルクの大きさを調整し、制御ゲインを上げつつ加振手段により制御系に対するトルク指令に模擬外乱トルクを加えるとともに、振動検出手段によって前記制御系の振動検出を行い、前記振動検出手段によって所定のレベルの振動を検出する迄、前記制御系の制御ゲインを上げつつ前記模擬外乱トルクを加える処理を繰り返し、前記振動検出手段が前記所定のレベルを超えた振動を検出した時点の制御ゲインを最大ゲインとすることを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明によれば、機械に合わせた模擬外乱トルクで確実に機械を振動させて最大ゲインを得られ、しかも振動後すぐに制御ゲインを下げて振動を抑えることができるので、必要以上に大きく制御ゲインを上げずに済み、振動による危険を防止することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
図１は本発明の具体的実施例の構成図である。図１において、１は振動検出回路、２はマイクロコンピュータ、３は電流アンプ、４はベースドライブ回路、５はパワートランジスタモジュール、６はモータである。
以上のように構成された回路において、その動作を図２の制御ブロック図および図４のタイミング図を用いて説明する。まずマイクロコンピュータ２は位置や速度といった指令を外部のコントローラ等から受け取る。そして例えば速度指令の場合は速度制御を行い電流指令や電流制御を出力しベースドライブ回路４を通してパワートランジスタ５を駆動してモータ６を制御する。ここで振動検出回路１は、トルク指令あるいはモータの速度信号中に含まれる振動成分が、あらかじめ定めたレベル（検出レベル）を超えた場合に、振動と判定する。この検出レベルは例えば図３のように制御系が安定な状態での通常運転時の振動振幅、あるいはトルクリップルの様に機械特有の運転時の振動振幅レベルから決定する。この図では通常運転でのトルクの振動振幅の最大値を検出している。例として、この通常時の振動振幅の３倍の振幅を「振動の検出レベル」と定める。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
ゲインの検出はまず、低ゲインでトルク指令に模擬外乱トルクを加えて、振動の検出レベルに達するか応答を確認する。ここで応答が小さければ模擬外乱トルクを大きくする。応答が振動の検出レベルを超えるまで模擬外乱トルクを大きくするか、振動の検出レベルを下げる。そして次に図４のように徐々に制御ゲインを高くしつつ図２のトルク指令τrefに模擬外乱トルクを加えて、振動を確認する。具体的には速度やトルクの振幅から振動の確認を行う。モータを停止した状態で短時間の模擬外乱トルクを加えているので、静止摩擦やクーロン摩擦等のようにもともと機械に存在する振動減衰要素も発振を止めるように働き、振動を検出した時点で制御ゲインを下げることで振動しない状態とすることができる。振動を停止する方法として、制御ゲインを下げるだけでなく、一時的にトルクを小さくしてもよいし、また制御ゲインを下げる方法とトルクを小さくする方法を併用してもよい。あるいは、一時的にパワートランジスタのベースを遮断してもよい。そして発振直前の制御ゲインを記憶しておき、これをもとに最終的に振動した制御ゲインを算出し、その制御ゲインを最大ゲインとする。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
機械が発振する臨界状態の考察：本発明の基本的な考え方を説明するために、制御系が発振する状況を考察する。機械の摩擦等の負荷がない状態で、機械共振等で制御系に振動が発生すると、制御ループゲインの働きで振動が急速に増大して発振状態に移行してしまい振動を止めることが困難となる。摩擦等の機械の負荷は、エネルギーを消費することで、振動を押さえる働きがある。機械負荷があるもののゲインが高くて、振動しやすい不安定な状態では、負荷を変動させることで、振動を誘発したり、逆に誘発した振動を止めたりすることもできる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
模擬外乱の提案：不安定な状態をつくり出すため、本発明では、図２の制御ブロック図のようにステップ状の模擬外乱トルクを加えることで、摩擦等の機械負荷に打ち勝って安定状態を壊し振動を誘発する。模擬外乱トルクを加える時間を短く設定することで、振動検出回路にて振動を検出した直後に振動を止めることができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
最大ゲインの検出方法：（１）通常運転時の振動レベル検出：最大ゲインの具体的な検出手順は、以下のようになる。最初に図５のステップ１のように位置ループゲインや速度ループゲインといった制御系のゲインを低くしておき、図３のように通常運転あるいはそれに類する運転をして機械特有の運転時の振動レベルを検出する。この図では通常運転でのトルクの振動振幅の最大値を検出している。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
（２）模擬外乱トルクの調整：次に図５のステップ２のように位置ループゲインや速度ループゲインといった制御系のゲインを低くしておき、図２の制御ブロック図のトルク指令τrefにステップ状の模擬外乱トルクを加えて、図５のステップ３のように位置偏差あるいは速度等の応答が所定のレベル以上あることを確認する。ここで、所定のレベル以上の応答がなければ、加えた模擬外乱トルクが機械負荷を超えられなかったと考え、予め定めたレベルまで応答が大きくなるように模擬外乱トルクを大きくする。この応答のレベルは例えば図５のステップ１で検出した通常の運転での振動振幅の最大値の２倍等にする。そして予め定めたレベルまで模擬外乱トルクを大きくしても応答が大きくならない場合、応答の振動検出レベルを下げる。このようにして模擬外乱トルクの大きさとその応答の検出レベルを調整する。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
（３）振動検出：模擬外乱トルクの大きさを決めた後で、次に図４に示すような時間タイミングで段階的に制御ゲインを上げる。図５のステップ４〜６の処理のようにゲインを上げたところで、トルク指令に模擬外乱トルクを加え振動検出回路１にて、振動を確認する。振動検出回路１は例えばトルクまたは速度等の振幅を振動検出レベルと比較し、大きい場合振動として検出する。振動レベルは前に調整した応答レベルの例えば１．５倍等とする。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
（４）振動の停止：模擬外乱トルクを加えた後に図５のステップ６のようにある振動検出レベルを超えた振動を検出したら、図４のようなタイミングで模擬外乱トルクを加えるのを停止し、図５のステップ７のように制御ゲインを振動しないレベル迄下げる（例えば、振動を検出した際の制御ゲインの半分、あるいは最初に設定した低い制御ゲイン等）。あるいは、確実に振動を止めるため、トルク指令を絞るか、位置偏差を一瞬ゼロにする。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
（５）最大ゲインの検出：そして振動した時の制御ゲインの直前の制御ゲインをマイクロコンピュータ２の記憶手段内に最大ゲインとして記憶する。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
説明の補足：ここで模擬外乱トルクと振動が発生するゲインの関係について述べる。模擬外乱トルクを大きくしていくと機械への衝撃も大きくなり、振動が発生しないような制御ゲインは小さくなる。機械の加減速やフィルタを入れて滑らかにすると衝撃が減り制御ゲインが上げられるのは、こういう理由である。図２のブロック図のようにステップ状の模擬外乱トルクを加えると、速度はτ／ＪmＳ分応答する。これにより負荷に打ち勝って平衡状態を壊すことができる。また加えるトルクは、イナーシャに応じて大きくする必要がある。位置を移動させてもトルクは滑らかになってしまうので、振動が発生しにくいが、トルクは負荷に直接伝達するので振動が発生しやすい。振動検出は振動検出回路１の代わりにマイクロコンピュータ２で行っても良い。また制御ゲインに伴い積分ゲインやトルクフィルタ等を連動させても良い。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
確実に低い制御ゲインで機械を振動させて確実に最大ゲインを得られ、しかも振動発生直後に制御ゲインを小さくするため発振を抑えることができる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
【図１】本発明および従来の具体的実施例の構成図である。
【図２】本発明の具体的実施例の制御ブロック図である。
【図３】通常運転した時の速度指令、速度、トルクの波形と振動レベルの測定タイミング図である。
【図４】制御ゲインを上げて振動を発生させるタイミング図および振動発生時の制御ゲイン低下、最大ゲイン抽出のタイミング図である。
【図５】本発明の最大ゲインを抽出する概略フローチャートである。
【図６】（i）通常運転で振動する場合のタイミング図である。（ii）通常運転で制御ゲインを上げて行くタイミング図である。
【図７】通常運転で調整する場合で制御ゲインを早く上げて、大きく発振した例を示す図である。
【図８】従来の実施例の構成図である。